ion logam dalam sistem biologis

ION LOGAM DALAM SISTEM
BIOLOGIS
ION DALAM CAIRAN TUBUH

Plasma dan cairan interstitial, cairan di bagian luar
sel. Mengandung sejumlah besar ion Na+ dan
sedikit sekali terdapat ion K+.

Cairan intraseluler, cairan di dalam sel terdapat
banyak ion K+ dan sedikit ion Na+.
Di bagian luar sel: elektrolit utama adalah Na+ dan ClDibagian dalam sel: elektrolit utama adalah K+ dan H2PO4dan HPO42-.
Perbandingan ion Na+ dan K+ di dalam sel harus tetap dijaga
terdapat sistem transpor ion selektif, Pompa Na+.
Kenapa?
Laju difusi ion K+ ke luar sel lebih cepat dibandingkan
dengan laju difusi ion Na+ ke dalam sel.
Dengan kecepatan difusi yang berbeda, bagian luar sel
menjadi bermuatan positif dan bagian dalam sel cendrung
bermuatan negatif.
Konsentrasi elektrolit di dalam cairan tubuh (mM)
Dalam plasma/Cairan Interstitial
Kation:
Na+
142
K+
4
Mg2+
3
151
Ca2+
2
Anion:
ClHCO3H2PO4-/HPO42SO42Anion Protein
Anion Organik
103
27
2
1
13
5
151
Dalam cairan intraselular
Kation:
Na+
K+
Mg2+
Ca2+
10
160
18
-
Anion
ClHCO3H2PO4-/HPO42SO42Anion Protein
Anion Organik
188
2
8
128
50
-
188
Pergerakan Ion Melalui Membran Sel
K+
K+
H2PO4-/HPO42-
Na+
Membran
Sel
Cl-
Na+
Peran Membran Sel

Penghalang atau batas semi permiabel yang membiarkan air
dapat masuk atau keluar dari sel, tapi zat terlarut tidak dapat
melewatinya tanpa adanya mekanisme transpor.
Membran fosfolipida
merupakan molekul yang terdiri dari bagian polar
dan bagian non polar.
Contoh:
Asam fosfatidat
Fosfatidil kolin (Lecithin)
Struktur Asam fosfatidat:
Struktur dari
fosfatidil kolin
(Lecithin):
Untuk mengurangi tolakan elektrostatik antar ion, guna
mempertahankan kestabilan membran sel diperlukan kation-kation
seperti Ca2+, Mg2+, Na+, dan K+
Contoh: Mg2+ mereduksi tolakan elektrostatik diantara gugus
fosfat sepanjang rantai polimer asam nukleat DNA/RNA
Ion dalam membran
Ion logam dalam membran harus bersifat:
1. Larut dalam lemak
2. Larut dalam pelarut non polar.
Ion logam terikat dengan ligan (sebagai donor elektron) dan
harus mempunyai struktur menyerupai minyak sehingga dapat
larut dalam membran sel non polar.
Contoh: Ligan valinomycin (dodekapeptida)
Ligan spesifik yang mengandung ion K+ terdapat
dalam membran sel. Ligan yang berperan sebagai
transfor ion melalui membran sel atau pembawa ion.
Transpor ion melewati membran sel
A.
Model Transfor aktif
Pompa Na+, dengan bantuan enzim (Na+/K+-ATP ase),
tujuan:
1. menjaga konsentrasi ion Na+ di dalam
intraselular tetap rendah.
2. agar potensial yang melewati membran sel
tetap stabil sekitar 75 mV
Pompa Ca2+, dengan bantuan enzim Ca2+/Mg2+-ATP ase.
tujuan:
Menjaga agar konsentrasi ion Ca2+ tetap rendah di
dalam cairan intraselular, khususnya pada otot.
Mitokondria memiliki pompa Ca2+ untuk akumulasi ion Ca2+
B. Model teori pori.
Model yang menjelaskan kecepatan jalannya transfor ion melalui
membran sel, di dalam membran sel terdapat pori-pori, dan setiap
pori dalam keadaan terikat. Bila polaritas membran berbalik atau
berlawanan, maka pori akan menjadi lebih besar sehingga ion
logam dapat melewati membran sel dengan cepat.
Pelepasan ion Ca2+ ke dalam sitoplasma, dapat mematikan proses
biologis seperti kontraksi otot.
Jadi pelepasan ion Ca2+ di dalam sitoplasma, di dalam mitokondria
ataupun di dalam sel otot, harus diatur, agar berguna dalam
kontraksi otot.
Dalam sitoplasma
Ligan yang paling berfungsi
dalam pengaturan ion Ca2+
adalah Calmodulin.
Merupakan protein yang
bersifat asam yang dapat
mengikat 4 ion Ca2+
per mol.
Setiap ion Ca2+
terkoordinasi secara
oktahedral.
Kompleks Ca-calmodulin merupakan enzim aktivator
Contoh;
Kelebihan Ca2+, terikat pada apo-calmodulin, mengaktifkan
metabolisme glikogen dan enzim posfatase, dan mengatur
konsentrasi Ca2+ dengan mengaktivasi pompa Ca, untuk
menghilangkan Ca dan mengembalikan konsentrasi Ca pada
konsentrasi semula.
Dalam sel otot
Membran sarkoplasmik retikulum mengandung protein yang
disebut calsequestrin yaitu bahan pengompleks kalsium.
Membran ini menyimpan Ca dan mengatur konsentrasi Ca.
BM = 44.000, dapat mengikat 43 ion Ca per mol
Dalam mitokondria
Berperan juga dalam mengatur konsentrasi Ca dengan cara
mengambil atau melepaskan Ca.
Di dalam sel otot, mitokondria berperan sebagai tempat
penyimpanan ion Ca.
Pentingnya Ion Na+, K+, Mg2+, dan Ca2+
Peran Na+ dan K+
1. mengatur tekanan osmotik dari cairan tubuh
2. gradien listrik yang melewati membran sel untuk
memungkinkan berfungsinya syaraf, otot, dan otak.
Peran ion Ca2+ dan Mg2+
1. mempertahankan konformasi molekul
2. sebagai jembatan antara enzim dan substrat
Ca2+, berada sebelah luar sel, (berfungsi sebagai struktur
eksternal (kulit, tulang)
Mg2+ berada sebelah dalam sel.
Golongan Halogen
Fluor
Dalam bentuk ion F-, tersebar dalam jumlah kecil di semua
struktur tulang. Konsentrasi tertinggi terdapat pada enamel
gigi, sebagai senyawa fluorapatit. Ca3(PO4)2.CaF2
F- berperan sebagai racun sel, dengan cara menghambat
respirasi selular. Ion F- disebut juga sebagai inhibitor enzim.
Substutusi ion OH- oleh F- pada struktur apatit, dapat
memperkuat enamel gigi, karena membuat kurang larut dalam
asam ludah.
Klor
Terdapat sebagai ion Cl- dalam semua cairan tubuh.
Fungsi:
Sebagai anion untuk keseimbangan muatan dalam
cairan.
Ion ini dapat menambah tekanan osmotik dari cairan
tubuh. Ion ini merupakan ligan yang baik, tidak
membentuk endapan dan tidak terlibat dalam reaksi
redoks. Dilambung/pencernaan terikat sebagai asam
kuat HCl.
Brom
Terdapat dalam bentuk ion Br-, fungsinya belum
diketahui.
Kelebihan ion Br- memberikan gejala berkurangnya
aktifitas syaraf pusat.
Iod
Triiodotironin, dan tiroksin merupakan hormon tiroid yang
sangat penting karena mengatur metabolisme jaringan
dalam tubuh.
Soal:
Dalam pencernaan keadaan cukup asam untuk
menjaga agar semua ortofospat terdapat sebagai
ion H2PO4-. Konsentrasi interselular maksimum dari
kedua ion Ca2+ dan H2PO4- adalah 2 mmol/L.
Tunjukkan bahwa di dalam pencernaan tidak
terdapat pengendapan fospat. (Ksp = 7,2 x 10-2)
Soal
Ion HPO42- dengan konsentrasi 2 mmol/L,
setelah melewati pencernaan dan masuk ke
dalam usus kecil akan bereaksi dengan basa
empedu dan cairan pankreas. Tunjukkan bahwa
pengendapan kalsium fosfat terjadi pada usus
kecil. (ksp = 2,5 x 10-7).